ção de Computadores I

Transcrição

1 Universidade Federal de Pelotas Instituto de Física e Matemática Departamento de Informática Bacharelado em Ciência da Computação Arquitetura e Organizaçã ção de Computadores I Aula 4 1. Projeto da Arquitetura e da Organização de um Computador: o Neander guntzel@ufpel.edu.br

2 A Arquitetura: conjunto de instruções código instrução NOP STA end LDA end ADD end OR end AND end NOT JMP end JN end JZ end HLT comentário Nenhuma operação MEM(end) AC AC MEM(end) AC MEM(end) + AC AC MEM(end) OR AC AC MEM(end) AND AC AC NOT AC PC end IF N=1 THEN PC end IF Z=1 THEN PC end pára processamento slide 4.2

3 A Arquitetura: formato das instruções As instruções do Neander possuem um ou dois bytes (ou seja, ocupam uma ou duas posições de memória) Instruções com um byte: NOP, NOT código da oper. don t care Instruções com dois bytes: STA, LDA, ADD, OR, AND, JMP, JN, JZ código da oper. don t care endereço direto slide 4.3

4 A Arquitetura: características gerais Largura de dados e endereços de 8 bits Dados representados em complemento de 2 1 acumulador de 8 bits (AC) 1 apontador de programa de 8 bits (PC) 1 registrador de estado com 2 códigos de condição: negativo (N) e zero (Z) slide 4.4

5 A Organização: alguns elementos necessários Um registrador de 8 bits para servir de acumulador Um registrador de 8 bits para o PC (registradorcontador) Dois flip-flops: um para o código de condição N e outro para Z Uma memória de 256 posições (endereços) x 8 bits slide 4.5

6 A Arquitetura: o ciclo de busca (fetch) Busca instrução Decodifica instrução Executa/ Busca operandos slide 4.6

7 A fase de busca: é igual para todas as instruções RI MEM(PC) Novo elemento é necessário: o registrador de instrução (RI) MEM(PC) corresponde a um acesso à memória, usando o conteúdo do PC como fonte do endereço slide 4.7

8 Instrução NOP (nenhuma operação) Simbólico: NOP RT: - NOP Don t care RI MEM(PC) nenhuma operação As transferências indicam quais caminhos de dados devem existir, mas não indicam os caminhos físicos reais entre os elementos (registradores e ULA) slide 4.8

9 Instrução STA (armazena acumulador) Simbólico: STA end RT: MEM(end) AC STA Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) MEM(end) AC slide 4.9

10 Instrução LDA (carrega acumulador) Simbólico: LDA end RT: AC MEM(end) LDA Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) AC MEM(end); atualiza N e Z slide 4.10

11 Instrução ADD (soma) Simbólico: ADD end RT: AC MEM(end) + AC ADD Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) AC AC + MEM(end); atualiza N e Z slide 4.11

12 Instrução OR ( ou lógico, bit a bit) Simbólico: OR end RT: AC MEM(end) OR AC OR Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) AC AC OR MEM(end); atualiza N e Z slide 4.12

13 Instrução AND ( e lógico, bit a bit) Simbólico: AND end RT: AC MEM(end) AND AC AND Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) AC AC AND MEM(end); atualiza N e Z slide 4.13

14 Instrução NOT (complementa acumulador) Simbólico: NOT RT: AC NOT AC NOT Don t care RI MEM(PC) AC NOT(AC); atualiza N e Z slide 4.14

15 Instrução JMP (desvio incondicional - jump) Simbólico: JMP end RT: PC end JMP Don t care end RI MEM(PC) end MEM(PC) PC end slide 4.15

16 Instrução JN (desvio condicional - jump on negative) Simbólico: JN end RT: IF N = 1 THEN PC end JN Don t care end Se N=1 (desvio ocorre) Se N=0 (desvio não ocorre) RI MEM(PC) end MEM(PC) PC end RI MEM(PC) end MEM(PC) a rigor, desnecessário slide 4.16

17 Instrução JZ (desvio condicional - jump on zero) Simbólico: JZ end RT: IF Z = 1 THEN PC end JZ Don t care end Se Z=1 (desvio ocorre) Se Z=0 (desvio não ocorre) RI MEM(PC) end MEM(PC) PC end RI MEM(PC) end MEM(PC) a rigor, desnecessário slide 4.17

18 Instrução HLT (término de execução - halt) Simbólico: HLT RT: -- HLT Don t care RI MEM(PC) parar o processamento slide 4.18

19 Organização do Sistema de Memória R E M MEM read write RDM slide 4.19

20 Aquitetura/Organização Operações com a memória x MEM(y) descreve uma leitura da memória, que é realizada pelos seguintes passos: 1. REM y copia y (que é um endereço) para o REM 2. Read ativação de uma operação de leitura da memória 3. x RDM copia o conteúdo de RDM para x REM é o registrador de endereços da memória RDM é o registrador de dados da memória slide 4.20

21 Aquitetura/Organização Operações com a memória MEM(y) x descreve uma escrita da memória, que é realizada pelos seguintes passos: 1. REM y copia y (que é um endereço) para o REM 2. RDM x copia x (que é um dado) para o RDM 3. write ativação de uma operação de escrita na memória slide 4.21

22 Organização do Sistema de Memória PC M U X R E M MEM read write RDM slide 4.22

23 Aquitetura/Organização Operações com a memória Observações - 1 Após a leitura do PC, o conteúdo deste reg. deve ser incrementado, para apontar para a próxima posição O incremento do PC pode ser feito a qualquer instante após a transferência do PC para o REM, podendo ser feito em paralelo com outras operações Iremos assumir que o incremento do PC sempre é feito ao mesmo tempo que a operação na memória (read ou write) slide 4.23

24 Aquitetura/Organização Operações com a memória Observações - 2 Um desvio condicional que não se realiza não necessita ler o valor do endereço de desvio. Ou seja, basta incrementar o PC slide 4.24

25 Aquitetura/Organização Então, detalhando mais as transferências entre registradores slide 4.25

26 Instrução NOP (nenhuma operação) Simbólico: NOP RT: - NOP Don t care Read; RI RDM nenhuma operação slide 4.26

27 Instrução STA (armazena acumulador) Simbólico: STA end RT: MEM(end) AC Read; RI RDM Read; REM RDM RDM AC Write STA Don t care end slide 4.27

28 Instrução LDA (carrega acumulador) Simbólico: LDA end RT: AC MEM(end) LDA Don t care end Read; RI RDM Read; REM RDM Read AC RDM; atualiza N e Z slide 4.28

29 Instrução ADD (soma) Simbólico: ADD end RT: AC MEM(end) + AC Read; RI RDM Read; REM RDM ADD Don t care end Read AC AC + RDM; atualiza N e Z slide 4.29

30 Instrução OR ( ou lógico, bit a bit) Simbólico: OR end RT: AC MEM(end) OR AC Read; RI RDM Read; REM RDM OR Don t care end Read AC AC OR RDM; atualiza N e Z slide 4.30

31 Instrução AND ( e lógico, bit a bit) Simbólico: AND end RT: AC MEM(end) AND AC Read; RI RDM Read; REM RDM AND Don t care end Read AC AC AND RDM; atualiza N e Z slide 4.31

32 Instrução NOT (complementa acumulador) Simbólico: NOT RT: AC NOT AC NOT Don t care Read; RI RDM AC NOT(AC); atualiza N e Z slide 4.32

33 Instrução JMP (desvio incondicional - jump) Simbólico: JMP end RT: PC end JMP Don t care end Read; RI RDM Read PC RDM slide 4.33

34 Instrução JN (desvio condicional - jump on negative) Simbólico: JN end RT: IF N = 1 THEN PC end JN Don t care end Se N=1 (desvio ocorre) Read; RI RDM Read PC RDM Se N=0 (desvio não ocorre) Read; RI RDM slide 4.34

35 Instrução JZ (desvio condicional - jump on zero) Simbólico: JZ end RT: IF Z = 1 THEN PC end JZ Don t care end Se Z=1 (desvio ocorre) Read; RI RDM Read PC RDM Se Z=0 (desvio não ocorre) Read; RI RDM slide 4.35

36 Instrução HLT (término de execução - halt) Simbólico: HLT RT: -- HLT Don t care Read; RI RDM parar o processamento slide 4.36